設(shè)計目標(biāo)

設(shè)計說明

該高速低側(cè)過流檢測選項采用單個零漂移快速穩(wěn)定放大器 (OPA388) 和一個高速比較器 (TLV3201) 加以實現(xiàn)。此電路設(shè)計適合于用來監(jiān)測快速電流信號和過流事件（如電機和電源單元中的電流檢測）的應(yīng)用。

由于 OPA388 具有寬帶寬以及超低偏移和快速壓擺率，因此選擇了該器件。TLV3201 具有 40ns 的低傳播延遲和 4.8ns 的上升時間，可實現(xiàn)快速響應(yīng)，因此選擇了該器件。這使比較器可以在瞬態(tài)響應(yīng)時間要求范圍內(nèi)快速響應(yīng)并向系統(tǒng)發(fā)出過流事件警報。推挽輸出級還使比較器能夠直接連接微控制器的邏輯電平。TLV3201 還具有低功耗和 40μA 的靜態(tài)電流。

通常，對于低側(cè)電流檢測，檢測電阻器上的放大器可用于同相配置。不過，所示的應(yīng)用電路使用 OPA388 作為檢測電阻器上的差分放大器。這在分流電阻器上提供了真正的差分測量，并且在電源接地和負載接地不一定相同的情況下可能是有利的。

設(shè)計說明

1. 為了更大限度地降低誤差，選擇精密電阻器并設(shè)置 R₁ = R₃ 和 R₂ = R₄。
2. 選擇 R_SENSE，以更大限度地降低最大電流為 1A 時電阻器上的壓降。
3. 由于 OPA388 的超低偏移 (0.25μV)，放大器產(chǎn)生的任何偏移誤差對 R_SENSE 上的 mV 范圍測量的影響極小。
4. 選擇放大器增益，使 COMP_IN 在系統(tǒng)超過其臨界過流值 1A 時達到 2V。
5. 省略了傳統(tǒng)旁路電容器以簡化應(yīng)用電路。

設(shè)計步驟

1. 確定傳遞方程，其中 R₁ = R₃ 并且 R₂ = R₄。
   $COMP\_IN=\left(R_{SENSE}\times I_{LOAD}\right)\times \left(\frac{R_2}{R_1+R_2}\right)\times \left(1+\frac{R_4}{R_3}\right)$
2. 選擇檢測電阻器值（假設(shè)最大壓降為 10mV，負載電流為 1A），以更大限度地降低電阻器上的壓降。
   $R_{SENSE}=\frac{V_{SENSE}\left(max\right)}{I_{LOAD}\left(critical\right)}=\frac{10mV}{1A}=10m\mathrm{\Omega }$
3. 選擇放大器增益，使 COMP_IN 在負載電流達到臨界閾值 1A 時達到 2V。
   $Gain=\frac{VREF}{R_{SENSE}\times I_{LOAD}\left(critical\right)}=\frac{2V}{0.01V}=\frac{R_2}{R_1+R_2}\times 1+\frac{R_4}{R_3}=200$

   Set：

   $R_1=R_3=1k\mathrm{\Omega }$
   $R_2=R_4=200k\mathrm{\Omega }$
4. 計算放大器的跨阻增益，以驗證以下交流仿真結(jié)果：
   $\frac{V_{OUT}}{I_{LOAD}}=10m\mathrm{\Omega }\times 200=2$
   $V_{OUT}=I_{LOAD}\times 10m\mathrm{\Omega }\times 200$

設(shè)計仿真

COMP_IN 跨阻交流仿真結(jié)果

瞬態(tài)響應(yīng)仿真結(jié)果

參考資料

1. 德州儀器 (TI)，在便攜式應(yīng)用中使用納瓦級功耗零漂移放大器進行電池電壓和電流監(jiān)測的優(yōu)勢 應(yīng)用手冊
2. 德州儀器 (TI)，無中性點照明開關(guān)中的電流檢測 技術(shù)簡介
3. 德州儀器 (TI)，由鋰離子電池供電的個人電子產(chǎn)品中的 GPIO 引腳電源信號鏈 應(yīng)用簡介

設(shè)計特色比較器

設(shè)計備用比較器

設(shè)計特色運算放大器

設(shè)計備選運算放大器